Механические трансмиссии: агрегаты, требования к конструкции, основы расчета
Механическая трансмиссия включает в себя: сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. Три последних элемента автомобиля объединяют в один агрегат – ведущий мост. В трансмиссию многоприводных автомобилей может входить раздаточная коробка.
При расчете элементов трансмиссии используются три расчетных режима: 1) по максимальному крутящему моменту двигателя (метод дает условные величины напряжений, которые меньше пиковых, но больше эксплуатационных, поэтому такой метод используется для поверочных расчетов); 2) по максимальному сцеплению ведущих колес с дорогой (такой расчетный режим целесообразно применять для автомобилей с высокой удельной мощностью, когда расчетная сила тяги выше, чем сила тяги по сцеплению на низших передачах, например, при расчете раздаточных коробок). 3) по максимальным динамическим нагрузкам, наблюдающимся при переходных режимах движения автомобиля.
Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от ведущих колес и последующего плавного их соединения.
Требования: надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии; плавность и полнота включения; минимальный момент инерции ведомых элементов; хороший отвод теплоты от поверхностей трения; предохранение трансмиссии от динамических нагрузок; поддержание нажимного усилия в заданных пределах; хорошая уравновешенность; общие требования: минимальные масса и размеры, простота устройства и обслуживания, технологичность, ремонтопригодность, низкий уровень шума, надежность.
Основным параметром фрикционного сцепления является наружный диаметр ведомого диска. После определения геометрических размеров дисков и параметров нажимных пружин производится расчет давления на фрикционные накладки. К показателям нагруженности деталей сцепления относятся также удельная работа буксования (отражающая также износостойкость сцепления) и нагрев деталей сцепления при одном трогании с места.
При расчете привода рассчитываются его передаточное число, усилие на педали и ход педали.
Коробка передач (КП) предназначена для получения различной силы тяги на ведущих колесах автомобиля (путем изменения передаточного числа); для отсоединения двигателя от ведущих колес на длительное время; для обеспечения движения автомобиля задним ходом.
Требования: обеспечение оптимальных тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля при заданной внешней скоростной характеристике двигателя; простота и удобство управления; обеспечение высокого КПД; бесшумность при работе и переключении передач; общие требования.
Ступенчатые КП отличаются простой конструкцией и меньшей стоимостью по сравнению с бесступенчатыми. Поэтому они получили широкое применение на автомобилях различных типов.
Для проектирования КП необходимо вначале определить передаточное число низшей ступени. Передаточные числа промежуточных ступеней КП в большинстве случаев рассчитывают по геометрической прогрессии, что обеспечивает возможность работы двигателя при разгоне АТС в одинаковом режиме на всех передачах с наилучшим использованием мощности. После выбора схемы и передаточных чисел КП определяют ее основные размеры.
Раздаточная коробка служит для передачи и распределения крутящего момента между несколькими ведущими мостами многоприводных автомобилей.
Требования: распределение крутящего момента между ведущими мостами в соответствии со сцепным весом, приходящимся на мосты; увеличение силы тяги на ведущих колесах, необходимое для преодоления дорожного сопротивления при движении автомобиля по плохим дорогам и бездорожью; возможность движения автомобиля с минимальной скоростью (2-5 км/ч) при работе двигателя с максимальным крутящим моментом; общие требования.
Расчет РК производится аналогично расчету КП.
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента под углом и при изменении расстояния между агрегатами.
Требования: надежная передача крутящего момента; возможность передачи крутящего момента независимо от угла между соединяемыми валами; высокий КПД; общие требования.
В общем случае карданная передача состоит из карданных шарниров, карданных валов и компенсирующего соединения.
Главная передача обеспечивает постоянное увеличение крутящего момента и передачу его к ведущим колесам.
Требования: обеспечение передаточного числа, соответствующего оптимальным тяговым качествам и топливной экономичности; отсутствие колебаний угловой скорости в трансмиссии; низкий уровень шума; небольшие габаритные размеры для осуществления простой компоновки и обеспечения необходимого дорожного просвета; общие требования.
Схема и конструкция главной передачи обусловлены прежде всего ее передаточным числом, определяемым исходя из условия обеспечения движения автомобиля с максимальной скоростью.
Дифференциал – механизм трансмиссии, распределяющий подводимый к нему крутящий момент между выходными валами и позволяющий им вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями.
Требования: обеспечение различной частоты вращения ведущих колес; распределение крутящего момента между ведущими колесами (мостами) в необходимой пропорции; общие требования.
Расчетным моментом для дифференциала, как и для главной передачи, служит максимальный передаваемый крутящий момент.
Полуоси применяются для передачи крутящего момента в приводе ведущих неуправляемых колес.
В зависимости от конструкции внешней опоры полуоси в балке моста и, следовательно, от испытываемых нагрузок полуоси делят на полуразгруженные, разгруженные на три четверти и полностью разгруженные.
При расчете полуосей особое внимание обращают на опасное сечение – место установки подшипника.
Расчет полуразгруженных полуосей производится для четырех режимов: 1) передача максимального крутящего момента; 2) экстренное торможение; 3) режим заноса; 4) режим динамических нагрузок (переезд через неровности).
Расчет полностью разгруженных полуосей ведется на кручение и по углу закручивания, причем только для режима передачи максимального крутящего момента.